(57)【要約】【課題】  スピンバルブ型磁気抵抗効果素子を用いた磁界検出器において、印加磁界強度および温度に依存する角度検出誤差を抑制する。【解決手段】  磁気抵抗効果素子は、反強磁性層（８）と、その磁化方向が固定的に設定される固着層（９Ａ）と、印加磁界（Ｈａｐ）によりその磁化方向が変化する自由層（１２）を含む。固着層（９Ａ）は、反強磁性層（８）と交換結合してその磁化方向が固定される第１の強磁性層（９ａ）と、非磁性層（１０）を介して第１の強磁性層と反平行結合する第２の強磁性層（９ｂ）を含む。この磁界検出装置は、さらに、自由層（１２）の異方性磁界以上の磁界を自由層膜面方向に印加する磁界印加機構を備える。【選択図】        図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向が固定的に定められる磁化固定層と、外部印加磁界により磁化方向が変化する自由層と、前記自由層と前記磁化固定層との間に形成されるトンネル絶縁層とを備える磁気抵抗効果素子を備え、前記磁化固定層は、反強磁性層、ならびに前記反強磁性層と接して積層されかつ第１および第２の強磁性層と前記第１および第２の強磁性層の間に配置される非磁性層とを備える積層構造の固着層を有し、前記第１の強磁性層の磁化が前記反強磁性層により固定され、かつ前記第１および第２の強磁性層の磁化が前記非磁性層を介し、反平行に結合され、および
前記磁気抵抗効果素子に磁界を印加する磁界印加機構を備え、前記磁界印加機構は磁界検出動作時、前記自由層の膜面に平行に前記自由層の異方性磁界以上の磁界を印加する、磁界検出装置。
【請求項２】
前記固着層の第１および第２の強磁性層は、それぞれの磁化と体積との積が互いに等しい、請求項１記載の磁界検出装置。
【請求項３】
前記固着層の第１および第２の強磁性層の膜厚は、ともに１ｎｍ以上である、請求項１または２記載の磁界検出装置。
【請求項４】
前記磁気抵抗効果素子は、平面形状が円形形状および正方形形状のいずれかの形状を有する、請求項１ないし３のいずれかに記載の磁界検出装置。
【請求項５】
前記磁気抵抗効果素子は複数個設けられて抵抗ブリッジ回路を構成し、前記ブリッジ回路から前記磁界印加機構から印加される磁界に応じた信号が出力される、請求項１から４のいずれかに記載の磁界検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁気抵抗効果素子を用いて磁界検出を行なう装置に関し、より特定的には、この発明は、スピンバルブ型トンネル磁気抵抗効果素子を利用する磁界検出装置の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、従来の巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant Magnet-Resistance）効果に較べてより大きな抵抗変化率が得られるトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Tunneling Magnet-Resistance）効果素子（ＴＭＲ素子）のメモリおよび磁気ヘッドへの応用が検討されている。
【０００３】
ＴＭＲ素子においては、素子構造として強磁性層／絶縁層／強磁性層からなる３層積層構造が用いられる。外部磁界によって２つの強磁性層のスピンを互いに平行または反平行に設定することにより、膜面垂直方向の絶縁層を流れるトンネル電流の大きさが変化することを利用する。
【０００４】
このＴＭＲ素子において、特許文献１（特許第２７８６６０１号）に示されるように、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子が検討されている。スピンバルブ型磁気抵抗素子においては、一方の強磁性層を反強磁性層と交換結合させて、その強磁性層の磁化を外部からの印加磁界にかかわらず固定していわゆる固着層として用いる。他方の強磁性層は、磁化が外部磁界に応じて自由に回転する自由層として利用される。
【０００５】
この特許文献１に示されるスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の構造においては、ディスクのデータを読み取る磁気ヘッドへ適用する際の構造が示され、固着層の磁化方向と自由層との磁化方向を直交方向に設定する。固着層においては、非磁性層がスペーサ層として強磁性層の間に挿入されて、これらの強磁性層に反強磁性交換結合を生じさせ、これらの強磁性層の磁化を反平行方向に設定する。この固着層の反平行磁界により、固着層からの漏洩磁界を相殺して、自由層に対する漏洩磁化の影響を低減する。
【０００６】
特許文献１に示される構成において、ディスクの読取ヘッドに利用する場合、固着層の磁化がディスク表面に垂直方向に配置され、自由層の磁化がディスク表面と平行に配置される、ディスクの表面の磁化に応じたスピンバルブ型磁気抵抗素子の抵抗変化を検出する。固着層の磁化を信号磁界に平行に配向させ、自由層の磁化を信号磁界に垂直とすることにより、線形応答性およびダイナミックレンジを拡大することを図る。
【０００７】
上述の特許文献１に見られるように、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子は、高感度な磁界検出器として利用することが可能である。すなわち、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子に磁界が印加されると、固着層の磁化が固定されているために、自由層の磁化のみが印加磁界に応じて回転する。これにより、固着層および自由層の強磁性層の磁化の相対角が変化し、磁気抵抗効果により、素子抵抗が変化する。この抵抗値の変化を、例えば、磁気抵抗素子に一定の大きさの定電流を流して電圧の変化として検出して、信号の読出を行なうことにより、高感度な磁界検出が可能となる。
【０００８】
このスピンバルブ型磁界検出器を用いて磁界の大きさを高精度に検出するために無磁界（外部印加磁界の大きさが０の状態）において固着層と自由層の磁化方向を直交化する構成が、たとえば特許文献２（特許第２１１１６９３号）に示されている。
【０００９】
この特許文献２に示される構成においては、固着層磁化方向に印加される磁界の大きさを、自由層の磁化の向きにより検出する。この動作領域は、自由層の磁化が磁化困難軸方向に飽和する磁界、いわゆる異方性磁界以下である。
【００１０】
また、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子を用いて磁界の印加方向を、周囲温度の影響を相殺して検出する構成が、たとえば特許文献３（特開平１０−７０３２５号公報）に示されている。
【００１１】
この特許文献３に示される構成においては、磁気抵抗効果素子を利用して抵抗ブリッジ回路を構成する。この抵抗ブリッジ回路の対向辺に固着層の磁化方向が異なる磁気抵抗効果素子を配置しかつ直列経路において反平行方向に固着層が磁化された磁気抵抗素子を配置し、抵抗ブリッジ回路の出力値から温度および印加磁界角度に依存しかつ磁界強度に依存しない信号を生成し、この信号に対して温度補償を行う。
【００１２】
また、非特許文献１（“Field sensing using the magnetoresistance of IrMr exchange-biased tunnel junctions”, D. Lacour et al., Journal of Applied Physics, Vol.91, No.7 April 1, 2002, pp.4655-4658）においては、スピンバルブ型磁気抵抗化素子を用いたスタックトセンサの特性評価が示されている。この非特許文献１に示される素子構造においては、シリコン（Ｓｉ）基板上にコバルト（Ｃｏ）膜で構成される基板形成層が形成され、この基板形成層上に酸化アルミニウム膜（Ａｌ2Ｏ3膜）で構成されるトンネル絶縁膜が形成される。このトンネル絶縁層上に,上部の強磁性層（Ｃｏ膜）と、上部強磁性層の磁化を固定するための反強磁性層（Ｉｒ−Ｍｎ膜）とが順次積層される。
【特許文献１】特許第２７８６６０１号公報
【特許文献２】特許第２１１１６９３号公報
【特許文献３】特開平１０−７０３２５号公報
【非特許文献１】“Field sensing using the magnetoresistance of IrMr exchange-biased tunnel junctions”, D. Lacour et al. Journal of Applied Physics, Vol.91, No.7 April 1, 2002, pp.4655-4658
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
スピンバルブ型磁気抵抗効果素子を用いて磁界方向を検出する場合には、通常、次式が用いられる。
【００１４】
Ｒ＝Ｒ０−（ΔＲ／２）・ｃｏｓ（θａｐ）  …（１）
上式（１）において、Ｒは、素子抵抗を示し、Ｒ０が、素子抵抗の中心値であり、ΔＲは、素子の抵抗変化量を示す。θａｐは、外部印加磁界の固着層の磁化方向に対する相対角を示す。自由層は、角度θａｐだけ、固着層の磁化方向に対して磁化方向が変化する。この磁界方向の検出時においては、自由層が外部印加磁界Ｈａｐの方向に飽和するのに十分な大きさの強度の磁界が印加される。
【００１５】
上式（１）から、素子抵抗Ｒを測定することにより、自由層磁化と固着層磁化との相対角度θａｐを求めることができる。すなわち、自由層の磁化を飽和させることにより、上式に基づいた外部磁界の印加方向を検出することが可能である。しかしながら、上述の式（１）においては、固着層の磁化方向を基準としており、固着層の磁化方向は回転しないという前提に基づいている。自由層の磁化を飽和する磁界を印加する場合、磁界強度が大きなり、固着層の磁化が外部磁界により回転し、外部印加磁界の方向θａｐには、固着層の磁化方向の変化だけ誤差が生じる。また、動作温度上昇時においても、反強磁性層と固着層の強磁性層との交換結合が弱くなり、固着層の磁化方向が外部磁界により回転し、同様、検出誤差が大きくなる。従って、温度が上昇するまたは外部印加磁界により、固着層の磁化方向が変化（回転）した場合、正確な外部磁界角度検出を行うことができなくなるという問題が生じる。
【００１６】
非特許文献１においては、明瞭に、温度上昇時に、検出誤差が大きくなることを記載しており、高温での検出性能を最適化するために、反強磁性層の膜質を改善するなどの対策が必要であることを述べているものの、具体的に、磁界方向検出誤差を抑制する構成は示していない。
【００１７】
同様、特許文献１においても、固着層を強磁性層／非磁性層／強磁性層の積層構造として、自由層に対するリーク磁界を低減して、検出精度を改善することを図っている。しかしながら、この特許文献１においても、固着層の磁化が、外部磁界または温度により回転することに対する対策は何ら検討していない。
【００１８】
特許文献２においては、固着層と自由層の無磁界時の磁化方向を直交方向とすることにより、検出精度を高くすることを開示しているものの、その動作領域は、異方性磁界以下であり、自由層の磁化を飽和させて外部磁界の検出を行う際に、外部磁界により固着層の磁化が回転することについては何ら検討しておらず、また、温度上昇時における固着層の磁化回転についても考慮していない。
【００１９】
特許文献３は、磁気抵抗効果素子を用いて抵抗ブリッジ回路を形成して、外部磁界角度を検出する構成を示しており、この磁気抵抗効果素子の温度補償を行なうことは可能であるものの、固定層磁化の回転を抑制することはできず、固定層磁化の回転を抑制するための構成または回転に起因する誤差を低減するための手法については何ら開示していない。
【００２０】
それゆえ、この発明の目的は、外部印加磁界の方向を高精度で検出することのできる磁界検出器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この発明に係る磁界検出装置は、磁化方向が固定的に定められる磁化固定層と、外部印加磁界により磁化方向が変化する自由層と、この自由層と磁化固定層との間に形成されるトンネル絶縁層とを備える磁気抵抗効果素子を備える。磁化固定層は、反強磁性層と、反強磁性層と接して積層される固着層とを含む。固着層は、第１および第２の強磁性層と、これら第１および第２の強磁性層の間に配置される非磁性層とからなる積層構造を有する。第１および第２の強磁性層の磁化は、非磁性層を介して反平行に結合される。
【００２２】
この発明に係る磁界検出装置は、さらに、磁気抵抗効果素子に磁界を印加する磁界印加機構を備える。この磁界印加機構は磁界検出動作時、自由層の膜面に平行に自由層の異方性磁界以上の磁界を印加する。
【発明の効果】
【００２３】
固着層を強磁性層の間に非磁性層を介在させる積層構造としており、固着層の第１および第２の強磁性層が非磁性層を介して反強磁性交換結合され、それらの磁化が反平行方向となり、これらの固着層からの漏洩磁界が相殺され、外部印加磁界による固着層磁化に対するトルクの影響を抑制でき、固着層の磁化の回転を抑制することができる。
【００２４】
また、自由層の異方性磁界以上の磁界を印加することにより、自由層磁化を飽和させた状態で磁界検出を行うことができ、安定に、高精度で外部印加磁界による磁界方向検出誤差を抑制して、外部磁界の方向を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１において利用される磁界検出器の概略構成を示す図である。図１において、磁界検出器は、磁気抵抗効果素子１と、この磁気抵抗効果素子１に対し一定の大きさの直流電流を供給する直流電源２と、磁気抵抗効果素子１の両端の電圧を検出する電圧計３を含む。図１においては、検出対象の外部磁界を印加する機構は示していない。
【００２６】
磁気抵抗効果素子１は、外部印加磁界（図１においては示さず）の方向に応じてその抵抗値が異なるため、図１においては、可変抵抗素子の記号で示す。
【００２７】
また、図１においては直流電源２は、磁気抵抗効果素子と接地ノードとの間に接続されるように示す。しかしながら、直流電源２は、電源ノードと接地ノードとの間に接続される定電流回路を含み、電源ノードから一定の大きさの直流電流を磁気抵抗効果素子１に供給する。
【００２８】
図１に示す磁界検出器の構成においては、外部磁界の印加方向に応じて磁気抵抗効果素子１の抵抗値が異なり、応じて、直流電源２から供給される一定電流により、磁気抵抗効果素子１の両端の電圧が変化する。この電圧変化を電圧計３で検出することにより、磁気抵抗効果素子の抵抗値を検出し、応じて、外部印加磁界の方向を検出する。
【００２９】
図２は、従来の磁気抵抗効果素子１の断面構造を概略的に示す図である。図２においては、本発明に対する比較のために、従来用いられるスピンバルブ型ＴＭＲ素子の構造を示す。以下、本発明の磁気抵抗効果素子の作用効果を明瞭とするために、まず比較対象として従来の構成および動作について簡単に説明する。
【００３０】
図２において、磁気抵抗効果素子１は、基板１４と、基板１４表面上に形成される下部電極層６と、下部電極層６上に形成される下地層７と、下地層７上に形成される反強磁性層８を含む。下地層７は、反強磁性層８に対する結晶の配向を一致させるためのバッファ層として機能する。
【００３１】
磁気抵抗効果素子１は、さらに、反強磁性層８に接触して形成される強磁性層で構成される固着層９と、固着層９上に形成されるトンネル絶縁層１１と、トンネル絶縁層１１上に形成される強磁性体膜で形成される自由層１２と、自由層１２上に形成される上部電極層１３を含む。
【００３２】
固着層９は、反強磁性層８との交換結合によりその磁化方向が固定され、一方、自由層１２は、外部印加磁界においてその磁化方向が変化する。この磁気抵抗効果素子１においては、検出感度を上げるために、無磁界時（外部印加磁界が存在しないとき）、固着層９の磁化２２と自由層１２の磁化２１が互いに直交する方向に設定される。図２においては、無磁界時、自由層１２の磁化２１は、紙面と平行に左から右に向かっており、一方、固着層９の磁化２２は、紙面と垂直方向に裏面から表面に向かって配向する。
【００３３】
自由層１２の磁化２１を、外部印加磁界により回転させて、磁気抵抗効果素子１の上部電極１３と下部電極６の間の抵抗値を変化させる。
【００３４】
図３は、この図２に示す磁気抵抗効果素子１の外部磁界印加時の自由層と固着層の磁化の相対関係を模式的に示す図である。図３において、磁気抵抗効果素子１において、固着層９の磁化２２が、角度θ（Pinned）に設定され、固着層９の磁化２２の方向が、印加磁界の角度検出時の基準角度（０°）に設定される。自由層の磁化２１が外部磁界に応じて回転し、磁化２１および２２が相対角度θ（Free）を形成する。角度θ（Free）に応じて、磁気抵抗効果素子１の抵抗値が異なる。自由層の磁化２１の方向は、外部磁界が固着層磁化に対してなす角度θ（Field）と同じ角度であり、理想状態においては、図３において示すように、次式が成立する。
【００３５】
θ（Field）＝θ（Free）＝θ（Free）−θ（Pinned）
この場合、磁気抵抗効果素子１の素子抵抗Ｒは、次式（２）で表わされる。
【００３６】
Ｒ＝Ｒ０−（ΔＲ／２）・ｃｏｓ（θ（Free）−θ（Pinned））  …（２）
したがって、素子抵抗Ｒを測定することにより、固着層磁化１２と自由層磁化２１の相対角度θ（Free）−θ（Pinned）を得ることができる。固着層磁化２２が外部磁界の影響を受けず固定されている場合、固着層磁化２２の角度を基準角度０°に設定することできる。また、外部印加磁界により、自由層磁化２１が、外部磁界方向で飽和しているため、自由層磁界２１と外部磁界の方向は同一となり、上述の角度の関係が得られる。理想状態においては、上式（２）は、次式（３）に変形することができる。
【００３７】
Ｒ＝Ｒ０−（ΔＲ／２）・ｃｏｓ（θ（Field））  …（３）
したがって、理想状態においては、素子抵抗Ｒを求めることにより、直接的に、外部印加磁界の方向θ（Field）を求めることができる。
【００３８】
図４は、図２に示す磁気抵抗効果素子を用いた際の素子出力電圧の外部印加磁界依存性を示す図である。図４においては、曲線Ｉは、先の式（３）で示される理想状態時における出力特性を示し、曲線ＩＩは、外部磁界として１００Ｏｅ（エルステッド）印加時の出力特性を示し、曲線IIIは、外部磁界として、２００Ｏｅ印加時の出力特性を示し、曲線ＩＶは、外部磁界として、３００Ｏｅ印加時の出力特性を示す。なお、図４においては、横軸方向に外部印加磁界の固着層磁界に対する角度θ（Field）を単位（ｄｅｇ）で示し、縦軸に、磁気抵抗効果素子の出力電圧Ｖ（単位任意）を示す。測定温度は、室温で一定である。
【００３９】
図４に示すように、外部印加磁界強度が高くなるにつれて、出力特性曲線は、理想状態の曲線Ｉからのずれが大きくなり、外部印加磁界の角度の検出誤差が大きくなるのが見られる。
【００４０】
図５は、図２に示す磁気抵抗効果素子を用いた際の出力特性の温度依存性を示す図である。図５においても、曲線Ｉは、図４に示す構成と同様、理想状態の出力特性を示し、曲線Ｉは、室温時の出力特性を示し、曲線ＶＩは、１５０℃の温度環境における出力特性を示す。図５においても、横軸に、外部印加磁界の固着層磁化方向に対する角度θ（Field）を単位ｄｅｇで示し、縦軸に、磁気抵抗効果素子の出力電圧を示す。外部磁界は、図４に示す曲線ＩＩの場合と同様、約１００Ｏｅで一定である。
【００４１】
図５に示すように、動作温度が高くなるにつれて、出力曲線の理想状態の出力特性曲線Ｉからのずれが大きくなり、磁界の角度（方向）検出誤差が大きくなる。
【００４２】
この検出誤差の増大現象の発生は、固着層磁化２２が回転し、外部印加磁界の固着層磁化と自由層磁化の相対角度が変化することが主要原因であると考えられる。
【００４３】
図６は、磁気抵抗効果素子１における固着層の磁化２２Ａと外部印加磁界２１の相対関係を模式的に示す図である。固着層磁化２２が、回転しない場合には、固着層磁化２２の角度θ（Pinned）は０°に等しくなる。しかしながら、外部からの印加磁界に対して固着層磁化２２の固定が不十分の場合には、固着層磁化２２が回転し、固着層磁化２２Ａが、基準値からある角度θ（Pinned）≠０ずれた方向に設定される。また、温度上昇に起因して、反強磁性層８と固着層９の間で作用する交換結合が減少し、温度上昇とともに固着層磁化２２の固定が不十分となる。
【００４４】
したがって、外部からの磁界により、自由層磁化２１が飽和し、θ（Field）＝θ（Free）の条件が満たされても、先の式（３）が成立せず、次式の関係が成立する。
【００４５】
θ（Field）＝θ（Free）≠θ（Free）−θ（Pinned）  …（４）
したがって、固着層磁化２２が回転しない前提で、先の式（２）に基づいて印加磁界方向θ（Field）を求めた場合、外部印加磁界の検出角度に誤差が生じる。この固着層磁化２２の回転を考慮することにより、図４および図５に示す磁気抵抗効果素子の出力信号の歪みの増大を説明することができる。
【００４６】
また、自由層磁化２１が、外部磁界の印加方向に飽和している条件を前提としている。しかしながら、外部磁界強度が小さく、自由層の磁化２１が飽和していない場合、自由層は、その形状および結晶磁気異方性に起因して等方的な磁気特性を示さない。したがって、このような外部磁界強度が小さい場合にも、同様、外部磁界の印加方向と自由層２１の磁化方向との誤差が生じるため、磁界検出器の印加磁界角度検出誤差の要因となる。
【００４７】
本発明においては、このような固着層磁化の回転および自由層の不飽和に起因する検出誤差を抑制する。
【００４８】
図７は、図２に示す磁気抵抗効果素子の自由層（１２）の磁気特性を示す図である。この図７において、自由層として、ニッケル−鉄合金膜（Ｎｉ−Ｆｅ膜）が用いられる。図７において、横軸に、外部印加磁界Ｈの強度（単位Ｏｅ）を示し、縦軸に、磁化Ｍ（単位任意）を示す。
【００４９】
曲線ＶＩＩは、困難軸方向に沿った磁化の特性曲線を示し、曲線ＶIIIは、容易軸方向に沿った磁化の特性曲線を示す。
【００５０】
図７に示すように、困難軸方向に沿った飽和磁界Ｍｓ、すなわち異方性磁界Ｈｋは、約２０Ｏｅであり、これ以上の強度の磁界が外部から印加されると、すべてこの印加磁界の方向に磁化が飽和する。
【００５１】
異方性磁界は、「スピンをある方向に揃えようとする磁場の強さ」で定義され、磁性体の磁化方向に対し垂直に磁場を印加し、この磁性体の磁化を完全に９０°回転させるために必要な磁場に対応する。異方性磁界Ｈｋは、結晶磁気異方性定数をＫｕ、飽和磁化をＭｓとすると、次式で表わされる。
【００５２】
Ｈｋ＝２・Ｋｕ／Ｍｓ  …（５）
結晶磁気異方性定数Ｋｕは、結晶の構造および配向に依存して決定され、したがって、異方性磁界Ｈｋは、自由層に用いられる材料が決定されれば応じて決定される。
【００５３】
図７に示すように、異方性磁界Ｈｋが、自由層Ｎｉ−Ｆｅ膜においては２０Ｏｅであり、したがって、図４および図５に示す測定条件下において印加される磁界の下では、自由層は、すべて外部からの磁界印加方向に磁化が飽和している。
【００５４】
以上から、図２に示す磁気抵抗効果素子を利用する場合、自由層に対して飽和磁界（異方性磁界）を印加した場合、固着層の磁化の回転を抑制するのが困難であることが判明する。
【００５５】
図８は、この発明の実施の形態１に従う磁気抵抗効果素子１の断面構造を概略的に示す図である。図８において、磁気抵抗効果素子１は、基板１４上に形成される下部電極層６と、下部電極層６上に形成される下地層７を含む。下地電極層６は、一例として、厚さ１０ｎｍのタンタル膜（Ｔａ膜）でＤＣマグネトロンスパッタリング法に従って形成される。下地層７は、ニッケル−鉄合金膜（Ｎｉ−Ｆｅ膜）で構成され、膜厚２ｎｍである。
【００５６】
下地層７上に、反強磁性層８が形成され、この反強磁性層８上に固着層９Ａが形成される。版強磁性層８および固着層９Ａが、磁化固定層に対応する。
【００５７】
反強磁性層８は、膜厚１０ｎｍのイリジウム−マンガン膜（Ｉｒ−Ｍｎ膜）で構成され、下地層７により、その結晶配向性が制御される。
【００５８】
固着層９Ａは、強磁性層９ａ、非磁性層１０および強磁性層９ｂが順次堆積された積層構造を有する。強磁性層９ａおよび９ｂは、ともに、コバルト−鉄合金膜（Ｃｏ−Ｆｅ膜）で構成され、その膜厚は、ともに３ｎｍである。非磁性層１０は、たとえばルテニウム膜（Ｒｕ膜）で構成され、膜厚０．８ｎｍである。これらの強磁性層９ａおよび９ｂの磁化は、この非磁性層１０を介して反平行に結合する。これらの強磁性層９ａおよび９ｂの膜厚が等しく、かつその磁化は反平行方向であるため、この固着層９Ａ内の強磁性層９ａおよび９ｂからの漏洩磁界は実質的に打消される。したがって、外部からの印加磁界Ｈａｐにより、固着層９Ａが受けるトルクを低減することができ、固着層９Ａの磁化の外部印加磁界Ｈａｐによる回転を抑制することができる。外部印加磁界Ｈａｐは、異方性磁界Ｈｋ以上の強度を有する。
【００５９】
強磁性層９ａおよび９ｂの磁化２２ａおよび２２ｂを互いに反平行に設定する方法としては、以下の方法が用いられる。
【００６０】
すなわち、強磁性層９ａおよび９ｂ形成後の熱処理工程時に磁界を印加して、これらの磁化方向を決定する。Ｒｕ膜で構成される非磁性層１０を介した強磁性層９ａおよび９ｂの結合よりも大きな磁界、たとえば７ＫＯｅを印加し、３００℃の温度下で１時間保持する。反強磁性層８との交換結合により、この磁界印加方向に沿って強磁性層（Ｃｏ−Ｆｅ膜）９ａの磁化２２ａが固定される。一方、Ｃｏ−Ｆｅ膜で構成される強磁性層９ｂは、非磁性層１０を介して強磁性層９ａと反平行結合し、強磁性層９ｂの磁化２２ｂが、強磁性層９ａの磁化２２ａと１８０°の角度をなす方向を向く。これにより、互いに反平行な磁化２２ａおよび２２ｂを有する強磁性層９ａおよび９ｂを形成することができる。
【００６１】
固着層９Ａ上に、トンネル絶縁層１１が形成される。このトンネル絶縁層１１は、酸化アルミニウム膜（Ａｌ2Ｏ3膜）で形成される。このトンネル絶縁層１１は、たとえばＤＣマグネトロンスパッタリング法を用いて膜厚２ｎｍの金属アルミニウム膜を形成した後に、酸素プラズマにより酸化処理を施して酸化アルミニウム膜を形成する。トンネル絶縁層１１の膜厚は、トンネル現象を生じさせる膜厚であればよい。
【００６２】
トンネル絶縁層１１上に自由層１２が形成される。自由層１２は、ニッケル−鉄合金膜（Ｎｉ−Ｆｅ膜）で構成され、その膜厚は、５ｎｍである。自由層１２は、その磁化２１が、外部からの印加磁界Ｈａｐに対して飽和することが要求される。
【００６３】
自由層１２上に、上部電極層１３が形成される。この上部電極層１３は、膜厚１０ｎｍのタンタル膜（Ｔａ膜）で形成され、たとえばＤＣマグネトロンスパッタリング法を用いて形成される。
【００６４】
これらの上部電極層１３および下部電極層６は、たとえばＤＣマグネトロンスパッタリング法により形成されるアルミニウム配線を介して、外部の直流電流源および電圧計に接続される。
【００６５】
磁気抵抗効果素子１は、そのパターンがフォトリソグラフィ法に従って形成される。この場合、上部電極層１３までを積層した後、フォトレジストにより所望のパターンを形成し、そのパターンに従ってイオンミリングにより素子の形状を得る。この磁気抵抗効果素子１は、一例としてその平面形状が長方形であり、短辺×長辺が、５μｍ×１０μｍである。
【００６６】
図８に示す磁気抵抗効果素子１において、固着層９Ａにおける強磁性層９ａおよび９ｂは、膜厚３ｎｍを一例として示しているものの、その膜厚は、薄い方が反強磁性交換結合（反平行結合）の観点からは好ましい。膜厚が厚い場合、非磁性層１０を介してそれぞれ反平行結合したＣｏ−Ｆｅ膜の磁化の打消しが不十分となる。このため、漏洩磁界が相殺されず、外部印加磁界Ｈａｐによりトルクを受けやすくなり、固着層９Ａの磁化回転を抑制する効果が低減される。しかしながら、強磁性層９ａおよび９ｂの薄膜化にも限界がある。
【００６７】
図９は、強磁性層９ａおよび９ｂを構成するＣｏ−Ｆｅ膜の磁化の膜厚依存性を示す図である。横軸にＣｏ−Ｆｅ膜の膜厚ｔＣｏＦｅを示し（単位ｎｍ）、縦軸に飽和磁化Ｍｓ（単位任意）を示す。図９に示すように、飽和磁化Ｍｓは、その膜厚に従ってほぼ直線的に増加する。しかしながら、図の直線の外挿から、膜厚１ｎｍとなると飽和磁化が存在しない状態となり、固着層に用いるＣｏ−Ｆｅ膜を飽和磁化を有する強磁性体として作用させるためには、１ｎｍ以上の膜厚が必要となる。
【００６８】
また、強磁性層９ａおよび９ｂは、同一材料を用いて同一の製造工程を利用して成膜しているため、それらの膜厚は、互いに等しくすることにより、反平行結合状態においてこれらの強磁性層９ａおよび９ｂの漏洩磁界が互いに逆方向で大きさが等しくなり、漏洩磁界を相殺することができる。しかしながら、強磁性層９ａおよび９ｂを構成する強磁性膜の飽和磁化Ｍと体積Ｖｏｌの積Ｍ・Ｖｏｌが互いに等しい場合には、これらの強磁性層９ａおよび９ｂのそれぞれの総磁化が符号を除いて等しくなり、漏洩磁界を相殺することができる。
【００６９】
図１０は、図８に示す磁気抵抗効果素子を利用する磁界検出器の構成を概略的に示す図である。図１０において、磁界検出器は、磁気抵抗効果素子１に対し一定の大きさの直流電流を供給する直流電源２と、この直流電源２からの直流電流により、磁気抵抗効果素子１の両電極間に発生する電圧を測定する電圧計３を含む。直流電源２および電圧計３は、例えばアルミニュウムで構成される配線４および５を介して、磁気抵抗効果素子１の上部電極層および下部電極層にそれぞれ接続される。図１０においては、これらの上部電極層および下部電極層は示していない。配線４および５は、図８に示す磁気抵抗効果素子１の構成において上部電極層１３および下部電極層６に、それぞれアルミニウム配線を介して接続される。配線４および５を形成するアルミニウム配線は、たとえばＤＣマグネトロンスパッタリング法を用いて素子形成時に並行して形成される。
【００７０】
磁気抵抗効果素子１は、図１０においては、その主要部のみを示しており、反強磁性層８、固着層９Ａ、および自由層１２を含む。固着層９Ａにおいて、強磁性層９ａおよび９ｂが、それぞれ反平行な磁化２２ａおよび２２ｂを有し、自由層１２は、固着層９Ａの磁化２２ａおよび２２ｂと直交する方向の磁化２１を有する。
【００７１】
図示しない磁化印加機構からの印加磁界Ｈａｐは、自由層１２の膜面と平行な方向に印加される。印加磁界Ｈａｐは、自由層１２の磁化を飽和させる強度を有しており、自由層磁化２１は、外部からの印加磁界Ｈａｐと同じ方向に設定される。
【００７２】
この図１０に示す磁界検出時の構成の場合、電圧計３が検出する電圧Ｖは、次式（６）で表わされる。
【００７３】
Ｖ＝Ｉ・Ｒ
＝Ｉ・（Ｒ０−（ΔＲ／２）・ｃｏｓθ（Free）−θ（Pinned））  …（６）
上式（６）において、Ｉは、直流電源２から磁気抵抗効果素子１に供給される直流定電流を示す。この場合、測定基準の角度θ＝０は、固着層９Ａの強磁性層９ｂの磁化２２ｂの方向θ（Pinned）である。
【００７４】
図１１は、図１０に示す磁界検出器の磁気抵抗効果素子１の出力電圧と印加磁界依存性を示す図である。図１１において、横軸に、外部印加磁界の固着層磁化２２ｂに対する角度θ（単位ｄｅｇ）を示し、縦軸に、この電圧計３による検出電圧（単位任意）を示す。曲線Ｉは理想状態の出力電圧の磁界角度依存性を示し、曲線ＸＩが、外部印加磁界として１００Ｏｅ印加したときの出力特性を示し、曲線ＸＩＩが、２００Ｏｅの外部磁界印加時の出力特性を示し、曲線ＸIIIが、３００Ｏｅの外部時間印加時の出力特性を示す。測定温度は室温ですべて同じである。外部からの印加磁界の強度は、すべて飽和磁化を自由層に生じさせる異方性磁界以上の強度を有している。
【００７５】
図１１に示すように、外部印加磁界の角度θが０°であり、磁化２２ｂと同一方向の場合、磁気抵抗効果素子１の抵抗値が低く、角度１８０°となり反平行状態となるまでその抵抗値が増大し、応じて出力電圧Ｖが増大する。その反平行状態からさらに外部磁界Ｈａpの方向を回転させることにより、反平行状態からさらに平行状態へ移動するため、その抵抗値が低下する。
【００７６】
出力特性は、印加磁界の角度θ＝１８０°を中心として対称的な曲線を有しており、角度検出の異方性は存在せず、正確な磁界方向（角度）検出を実現することができる。また、外部印加磁界強度にかかわらず、ほぼ理想状態の曲線Ｉからのずれが極めて小さくされており、異方性磁界以上の磁界印加時においても固着層磁化の回転が抑制されているのが見られる。
【００７７】
図１２は、図１０に示す磁界検出器の磁気抵抗効果素子の出力電圧の温度依存性を示す図である。外部からの印加磁界は、たとえば１００Ｏｅに設定され、曲線ＸＩＶが、室温状態の出力特性を示し、曲線ＸＶが、１５０℃での出力特性を示す。横軸に、印加磁界の固着層磁化２２ｂに対する角度θ（単位ｄｅｇ）を示し、縦軸に、電圧計３（図１０参照）の検出電圧Ｖを示す（単位任意）。
【００７８】
図１２に示すように、室温状態および１５０℃での動作時においても、理想状態の曲線Ｉと同様の出力特性曲線ＸＩＶおよびＸＶが得られ、検出誤差を十分小さくすることができる。
【００７９】
これらの外部印加磁界強度および環境温度に係らず、素子出力特性の理想特性曲線からのずれを小さくすることができるのは、この発明に従う磁気抵抗効果素子（図８参照）を用いることにより、外部からの印加磁界により固着層が受けるトルクを低減できる効果による。これにより、固着層磁化の回転を抑制することができ、印加磁界強度および環境温度に起因する検出誤差を抑制することができ、正確な角度検出を行なうことができる。
【００８０】
なお、図８に示す磁気抵抗効果素子においては、下部電極層６および上部電極層１２はタンタル（Ｔａ膜）が用いられているものの、銅（Ｃｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）などの金属膜であってもよく、また、これらの金属膜が積層構造として用いられてもよい。
【００８１】
また、下地層７には、ニッケル−鉄合金膜（Ｎｉ−Ｆｅ膜）が用いられているものの、下部電極層６と同様Ｔａ膜が用いられてもよく、金属膜でありかつ反強磁性層の結晶配向性を調整する機能（格子定数）を有していればよい。
【００８２】
また、反強磁性層８としては、Ｐｔ−Ｍｎ膜、Ｎｉ−Ｍｎ膜、Ｎｉ−Ｏ膜、Ｆｅ−Ｍｎ膜が用いられてもよい。
【００８３】
固着層および自由層は、強磁性膜で構成する必要があるものの、この強磁性層としては、Ｃｕ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金などの、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、および鉄（Ｆｅ）のいずれかを主成分として含む金属、またはＮｉＭｎＳｂ、Ｃｏ２ＭｎＧｅなどの合金膜材料が用いられてもよい。また、これらの金属膜および合金膜が積層構造に形成されて強磁性層が形成されてもよい。
【００８４】
固着層に用いられる非磁性層は、強固な反平行結合を得るためには３ｄ遷移金属膜で構成するのが好ましいが、ルテニウム膜（Ｒｕ膜）に限定されず、他の遷移金属膜が用いられてもよく、またその厚さも、０．８ｎｍに限定されず、反平行結合が実現される膜厚であればよい。
【００８５】
また、トンネル絶縁層は、酸化タンタルＴａ２Ｏ５、酸化シリコンＳｉＯ２、酸化マンガンＭｇＯなどの酸化膜、窒化膜またはフッ化膜が用いられてもよい。また、トンネル絶縁層の酸化処理としては、ラジカル酸化、自然酸化、およびオゾンによる酸化が用いられてもよい。また、トンネル絶縁層の形成には、用いられる絶縁層の種類に応じて、窒化処理またはフッ化処理が用いられてもよい。また、これらの窒化処理およびフッ化処理においても、プラズマ、ラジカル、反応性ガスを用いた窒化またはフッ化処理が行なわれてもよい。また、これに代えて、ＲＦ（高周波）マグネトロンスパッタリング、化学気相成長法（ＣＶＤ法）などの方法を用いて直接、トンネル絶縁層が形成されてもよい。
【００８６】
また、磁気抵抗効果素子を外部の接続する配線４および５は、銅（Ｃｕ）膜などの良導体であればよい。
【００８７】
また、金属膜形成時においては、ＤＣマグネトロンスパッタリング法に代えて、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法、また各種スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法、蒸着法などが用いられてもよい。
【００８８】
また、磁気抵抗効果素子の形状の形成は、イオンミリングに代えて、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングにより行なうこともでき、また電子線リソグラフィまたは集束イオンビームによるパターン形成が行なわれてもよい。
【００８９】
［変更例］
図１３は、この発明の実施の形態１の変更例に従う磁界検出器の構成を概略的に示す図である。図１３において、磁界検出器は、直流電源２と接地ノードの間に接続されるブリッジ回路３０と、このブリッジ回路３０からの相補信号を増幅する差動増幅器３２と、差動増幅器３２の出力信号の電圧を検出する電圧計３を含む。
【００９０】
ブリッジ回路３０は、ノードＮ１およびＮ２の間に接続される磁気抵抗効果素子１ａと、ノードＮ２とノードＮ３の間に接続される固定抵抗素子３１ｂと、ノードＮ１およびノードＮ４の間に接続される固定抵抗素子３１ａと、ノードＮ４およびＮ３の間に接続される磁気抵抗効果素子１ｂを含む。ノードＮ１が直流電源２に結合され、直流電源２からの一定の大きさの直流定電流Ｉを受ける。ノードＮ３が接地ノードに接続される。
【００９１】
磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂは、図８に示す構成を有し、固着層（９Ａ）の磁化方向は同じでありまた温度特性などの動作特性は同じである。固定抵抗素子３１ａおよび３１ｂの抵抗値は同じである。
【００９２】
磁界印加機構からの磁界は、共通にこれらの磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂに与えられる。いま、印加磁界（図示せず）に従って磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂの抵抗値が増大した状態を考える。この場合、磁気抵抗効果素子１ａを介して流れる電流Ｉ１による電圧降下が大きくなり、ノードＮ２の電圧レベルが低下する。一方、固定抵抗素子３１ａからの電流Ｉ２により、ノードＮ４の電圧レベルが上昇する。ノードＮ２およびＮ４の電圧の変化方向は互いに逆方向であり、その差分値を差動増幅器３２で増幅する。
【００９３】
印加磁界により磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂの抵抗値が小さくなった場合には、ノードＮ２の電圧レベルが上昇し、一方ノードＮ４の電圧レベルが低下し、同様、相補的な電圧変化がノードＮ２およびＮ４により生じる。
【００９４】
したがって、この抵抗ブリッジ回路３０を利用することにより、磁気抵抗効果素子１ａおよび１ｂの動作特性の温度依存性を相殺することができ、温度補償を行なった磁界検出を行なうことができ、また、印加磁界による微小な電圧変化を確実に検出することができ、高精度の磁界角度検出を実現することができる。
【００９５】
図１４は、この発明の実施の形態１に従う磁界検出装置の全体の構成を概略的に示す図である。図１４（Ａ）に側面断面図を示し、図１４（Ｂ）に平面図を示す。
【００９６】
図１４（Ａ）において、磁界検出装置は、支持体４４に載置される磁界検出部４１を含む。この支持体４４は、中央部に丘状の突出部を有し、この丘状突出部に、磁界検出部４１が載置される。支持体４４と対向してかつ丘状突出部を中に含むように中空形状の回転体４３が配置される。この回転体４３の内壁に、支持体４４の丘状突出部の外周部と対向して、永久磁石４２ａおよび４２ｂが配置される。永久磁石４２ａおよび４２ｂは、たとえばサマリウム−コバルト合金（Ｓｍ−Ｃｏ合金）で構成され、印加磁界Ｈａｐは、たとえば、永久磁石４２ａから永久磁石４２ｂに向かう磁界方向となる。
【００９７】
磁界検出部４１は、支持体４４内に設置される配線４５ａ、４５ｂおよび４５ｃを介して電源および外部の機器（制御装置、モニタ装置等）に接続される。磁界検出部４１は、磁気抵抗効果素子群配線および周辺回路（直流電源等：ブリッジ回路を含む構成または電圧計が含まれてもよい）。磁界検出部４１は、回転体４３の回転中心に対応して固定的に支持体４４の丘状突出部上に載置される。
【００９８】
磁界検出部４１内に配置される磁気抵抗効果素子は、内部の自由層膜面と回転体４３の回転面とが平行となるように配置される。すなわち、永久磁石４２ａおよび４２ｂの間の印加磁界Ｈａｐが、この磁界検出部４１内の磁気抵抗効果素子の自由層の膜面と平行な方向に異方性磁界以上の強度で印加される。一例として、永久磁石４２ａおよび４２ｂによる印加磁界Ｈａｐは、１００Ｏｅの強度を有する。
【００９９】
回転体４３は、その回転軸が、被検出対象の駆動部に結合され、この駆動部が、被検出対象物体の移動に応じて回転体４３を回転させる。
【０１００】
図１４（Ｂ）において、回転体４３は、その中心軸が磁界検出部４１に一致して配置され、平面形状が円形状に形成される。回転体４３の内壁の直径方向に沿って永久磁石４２ａおよび４２ｂが対向して配置される。磁界検出部４１が回転体４３の回転中心に対応して配置され、従って、磁界検出部４１と永久磁石４２ａおよび４２ｂは、１直線上に整列して配置される。回転体４３と対向して配置される支持体４４は、一例として方形形状部および円形形状部とからなる方円形形状を有し、磁界検出部４１の駆動および信号導出を行なう配線４５ａ、４５ｂおよび４５ｃにより、外部の機器に接続される。
【０１０１】
図１４（Ａ）および１４（Ｂ）に示す磁界検出装置の構成において、回転体４３の回転角に応じて、永久磁石４２ａおよび４２ｂからの印加磁界Ｈａｐの方向が変化し、磁界検出部の磁気抵抗効果素子の自由層の磁化方向が、印加磁界Ｈａｐの方向に設定される。この自由層の磁界方向、すなわち印加磁界Ｈａｐの方向に応じて、磁気抵抗効果素子の抵抗値が異なる。したがって、磁界検出部４１において、その内部に含まれる磁気抵抗効果素子の抵抗値を電圧の変化などの形態で取出すことにより、印加磁界Ｈａｐが磁界検出部４１に含まれる磁気抵抗素子の固着層となす角度を検出することができる。これにより、回転体４３の回転角度を検出することができる。
【０１０２】
回転体４３の回転が、使用用途に応じて移動物体の移動量などの種々のモニタ量に対応することができ、位置検出および回転量の検出を行なうことができる。したがって、回転体４３は、用途に応じて、その駆動機構の構成が適宜定められる。
【０１０３】
以上のように、この発明の実施の形態１に従えば、固着層を、スペーサ層（非磁性層）を挟んで２つの強磁性層を反平行結合させて、漏洩磁界を相殺し、また異方性磁界以上の強度の外部磁界を印加している。したがって、外部からの印加磁界のトルクの影響が固着層に及ぼされるのを抑制でき、異方性磁界以上の郷土の外部磁界印加時の固着層の磁界の回転および温度上昇時の固着層磁化の回転を抑制でき、正確な角度検出を行なうことができる。
【０１０４】
なお、磁界検出法において、一定の大きさの直流電流が供給されて電圧変化を読取って、磁界角度を検出しているものの、一定の交流電流を供給する交流電源が用いられてもよく、また、逆に、一定電圧下における磁気抵抗効果素子を流れる電流を検出する構成が用いられてもよい。
【０１０５】
また、図１４（Ａ）および（Ｂ）に示す永久磁石４２ａおよび４２ｂは、磁気抵抗効果素子の自由層の異方性磁界よりも大きな磁界を印加することができる磁石であればよい。
【０１０６】
［実施の形態２］
図１５は、この発明の実施の形態２に従う磁界検出器の構成を概略的に示す図である。図１５においては、磁界検出器に対する磁界を印加する機構の構成は示していない。図１５に示す磁界検出器の構成は、図１０に示す磁界検出器と以下の点でその構成が異なる。すなわち、磁気抵抗効果素子１が、平面が矩形形状ではなく、実質的に円形形状に形成される。その直径は、５μｍである。この場合においても、固着層の磁化２２ａおよび２２ｂは、互いに反平行スペーサ層（非磁性層）を介して結合しており、自由層磁化２１の方向が、外部からの印加磁界Ｈａｐに従って変化する。
【０１０７】
図１５に示す磁界検出器の他の構成は、図１０に示す磁界検出器の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。自由層１２、固着層、強磁性層９ａおよび９ｂをすべて実質的に正円形の形状異方性のない等方的な形状に形成することにより、磁気抵抗効果素子の強磁性層の結晶異方性磁化の影響を抑制でき、高精度で印加磁界の角度の検出を行うことができる。
【０１０８】
図１６は、図１５に示す磁気抵抗効果素子１の自由層１２の印加磁界と磁化の関係を示す図である。図１６において、横軸に印加磁界強度Ｈを示し（単位Ｏｅ）、縦軸に磁化Ｍ（単位任意）を示す。この図１６において、実線の曲線が容易軸方向の磁化を示し、破線が、困難軸方向の磁化を示す。自由層は、Ｎｉ−Ｆｅ膜で構成される。
【０１０９】
この図１６に示すように、容易軸方向および困難軸方向いずれにおいても、磁気特性の差は小さくなっており、飽和磁界（異方性磁界Ｈｋ）は、ともに約１５Ｏｅであり、より等方的な磁気特性が得られる。図１６に示す磁気特性おいては、自由層が、Ｎｉ−Ｆｅ膜で構成されており、その結晶磁気異方性による異方性がわずかに現われている（特性曲線のずれ）だけである。従って、磁気抵抗効果素子１における磁気異方性を十分抑制することができ、形状に依存する磁気特性の異方性の影響を排除することができる。
【０１１０】
図１６に示す磁界検出器の磁界検出動作および磁界検出装置の全体構成は、図１４に示す構成と同じである。
【０１１１】
磁気抵抗効果素子の平面形状を、等方的な形状の円形形状とすることにより、出力信号誤差の方位依存性を抑制することができ、低磁界においても高精度な角度検出を行なうことのできる磁界検出装置を実現することができる。これにより、広範囲な磁界強度領域において動作可能な高精度の磁界検出装置を実現することができる。
【０１１２】
また、この図１５に示す磁界検出器において、図１３に示すブリッジ回路を適用することにより、磁気抵抗効果素子の抵抗変化の温度依存性を補償することができ、正確な磁界角度検出を行なうことができる。
【０１１３】
［変更例］
図１７は、この発明の実施の形態２の変更例の磁気抵抗効果素子１の構成を概略的に示す図である。この図１７に示す磁気抵抗効果素子１は、その平面形状が１辺が長さＬの正方形の形状を有する。この素子の構造は、平面形状を除いて、先の図８および図１５に示す磁気抵抗効果素子と同じである。固着層の強磁性層９ａおよび９ｂは、それらの磁化２２ａおよび２２ｂが間のスペーサ層（非磁性層）を介して反平行結合される。自由層１２の磁化２１が印加磁界Ｈａｐに従ってその方向が変化する。
【０１１４】
図１７に示すように、磁気抵抗効果素子１を、その平面形状が正方形の形状を有するように形成しても、等方的な形状であり、磁化困難軸および磁化容易軸の磁気異方性の影響を抑制することができ、図１５に示す磁気抵抗効果素子を用いる場合と同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
図１７に示す磁気抵抗効果素子１は、磁界検出素子として用いて、図１４（Ａ）および（Ｂ）に示す磁界検出装置の磁界検出部４１に用いる。
【０１１６】
以上のように、この発明の実施の形態２に従えば、磁気抵抗効果素子と平面形状を等方的な形状に形成しており、磁気特性の形状に依存する異方性の影響を抑制することができ、応じて異方性磁界強度を低減することができ、低磁界においても高精度な角度検出を行なうことができ、動作可能な印加磁界強度の範囲を広くすることができる。
【０１１７】
［実施の形態３］
図１８は、この発明の実施の形態３に従う磁界検出装置の全体の構成を概略的に示す図である。図１８において、磁界検出装置は、支持体５０上に配置される磁界検出部４１と、磁界検出部４１に隣接して支持体５０上に配置される永久磁石４２を含む。磁界検出部４１の構成は、先の実施の形態１または実施の形態２の構成と同じである。
【０１１８】
永久磁石２からの磁界は、磁界検出部４１に含まれる磁気抵抗効果素子の自由層の膜面と平行な方向である。磁界検出装置は、検出対象の歯車４６の近傍に配置される。この歯車４６は、その外周部に所定の間隔で歯４７ａ、４７ｂ…が形成され、回転中心４６ａを介して回転する。
【０１１９】
磁界検出部４１に関して互いに対向するように歯車４６と永久磁石４２が配置される。永久磁石４２からの印加磁界Ｈａｐは、磁化検出部４１に含まれる自由層磁化の飽和磁界（異方性磁界）以上の強度を有し、たとえば２００Ｏｅの磁化が印加磁界Ｈａｐとして供給される。歯車４６は、その歯部４７ａおよび４７ｂとともに高透磁率材料で構成され、永久磁石４２からの印加磁界Ｈａｐを引寄せる。
【０１２０】
図１８に示す磁界検出装置の構成においては、歯車４６が高透磁率材料で構成されており、永久磁石４２からの印加磁界Ｈａｐは、最も近い位置の歯４７ａへ導かれる。この状態において、磁界検出部４１に含まれる磁気抵抗効果素子の自由層磁化は、印加磁界Ｈａｐの磁束と同じ方向を向く。
【０１２１】
歯車４６が回転すると、歯４７ａが永久磁石４２から遠ざかり（時計方向に歯車４６が回転する）、永久磁石４２から歯４７ａへ導かれる印加磁界Ｈａｐの方向が変化し、応じて、印加磁界Ｈａｐの磁束の方向の変化に従って磁界検出部４１の磁気抵抗効果素子の自由層の磁化の向きが変化する。
【０１２２】
歯車４６の回転がさらに進行し、歯４７ｂが近接すると、永久磁石４２からの印加磁界Ｈａｐは、歯４７ｂへと導かれる。
【０１２３】
磁界検出部４１において磁気抵抗効果素子により、これらの磁束の方向の変化を検出することにより、歯車４６の角度および回転量を検出することができる。
【０１２４】
歯車４６の回転中心４６ａに結合される回転軸を駆動する駆動部は、磁界検出装置の用途に応じて適宜定められる。例えば、この磁界検出装置が、位置決め装置の位置検出部などとして用いられてもよい。磁界検出部４１から支持体５０に配置される配線４５ａ−４５ｃを介して外部へ信号を取出すことにより、歯車４６の状態（回転角度など）をモニタすることができる。
【０１２５】
図１８に示す磁界検出装置の構成においては、磁界発生機構の永久磁石４２と磁界検出部４１が、ともに支持体５０上に固定されるため、磁界印加機構および磁界検出部を一体的に形成することができる。したがって、磁界検出装置を既存の検出対象に近接して配置するだけで、磁界検出を行なって、回転量などの必要な情報を得ることができ、簡便性に優れた磁界検出装置を実現することができる。
【０１２６】
以上のように、この発明の実施の形態３に従えば、磁界検出部と磁界印加用永久磁石を支持体上に一体的に配置して、高透磁率の検出対象に近接して配置しており、簡便性に優れた高精度の磁界検出装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
この発明に係る磁界検出装置は、磁界方向（角度）の検出により位置検出および回転量検出を行なう装置に適用することができる。また、この発明に係る磁界検出部は、磁界検出を利用する電子回路の構成要素として用いられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】この発明の実施の形態１に従う磁界検出器の概略構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１において用いられる磁気抵抗効果素子の断面構造を概略的に示す図である。
【図３】磁気抵抗効果素子の強磁性層の磁化方向を説明するための図である。
【図４】図２に示す磁気抵抗効果素子の出力信号の印加磁界強度依存性を示す図である。
【図５】図２に示す磁気抵抗効果素子の出力信号の温度依存性を示す図である。
【図６】図２に示す磁気抵抗効果素子の強磁性層の磁化を説明するための図である。
【図７】図２に示す磁気抵抗効果素子の自由層の磁気特性を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１に従う磁気抵抗効果素子の断面構造を概略的に示す図である。
【図９】図８に示す磁気抵抗効果素子の固着層の強磁性層の磁化の膜厚依存性を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に従う磁界検出器の構成を具体的に示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態１に従う磁気抵抗効果素子の出力信号電圧の磁界強度依存性を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態１に従う磁気抵抗効果素子の出力信号の温度依存性を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態１の変更例の磁界検出部の構成を示す図である。
【図１４】（Ａ）および（Ｂ）は、この発明の実施の形態１に従う磁界検出装置の構成を概略的に示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態２に従う磁界検出器の構成を概略的に示す図である。
【図１６】図１５に示す磁気抵抗効果素子の自由層の磁化の磁界依存性を示す図である。
【図１７】この発明の実施の形態２の変更例の磁気抵抗効果素子の構造を概略的に示す図である。
【図１８】この発明の実施の形態３に従う磁界検出装置の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【０１２９】
１  磁気抵抗効果素子、８  反強磁性層、９Ａ  固着層、９ａ，９ｂ  強磁性層、１１  トンネル絶縁層、１２  自由層、１０  反磁性層、２  直流電源、３  電圧計、１ａ，１ｂ  磁気抵抗効果素子、３１ａ，３２ｂ  固定抵抗素子、３２  差動増幅器、４４  支持体、４１  磁界検出部、４３  回転体、４２ａ，４２ｂ  永久磁石、４２  永久磁石、４６  歯車、４７ａ，４７ｂ  歯車。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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